高亮白抗紫外抗老化功能性填料納米碳酸鈣及其製備方法和用途與流程
2023-06-01 23:46:31 1
本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種新型納米碳酸鈣的及其製備方法和用途。
背景技術：
碳酸鈣是一種重要的無機材料，廣泛應用於橡膠、塑料、造紙等領域。現在碳酸鈣產品以輕質碳酸鈣、活性碳酸鈣為主。現有碳酸鈣產品附加值不高，因此，需要開發出附加值高、市場潛力大的新產品以拓寬碳酸鈣企業的發展空間。氧化鋅也是一種重要的無機材料，也可用於橡膠、塑料、造紙等領域，其對下遊產品有較好的改性作用，但成本比碳酸鈣高。目前，已有的納米碳酸鈣填充材料，具有改性效果有局限性、成本高、產品白度較差、抗紫外線抗氧化性能較差的缺點。因此本發明產品是將氧化鋅包覆在碳酸鈣表面，形成氧化鋅和碳酸鈣的複合材料，得到一種功能性填料納米碳酸鈣產品，該複合材料用於下遊產品中，即可有效改善下遊產品的抗紫外線抗氧化性能，提高產品的白度，又可降低生產成本。
中國專利CN105348641A中公開了一種碳酸鈣填充阻燃聚丙烯材料及其製備方法，原料組成為聚丙烯樹脂25-28份、碳酸鈣10-60份、復配阻燃劑1-10份、相容劑1-20份、抗氧劑0.2-0.6份、潤滑劑0.2-1.0份、白礦油0.1-0.3份。該發明的阻燃聚丙烯材料阻燃性能優異、力學性能良好、加工性能優異、成本低。
中國專利CN201510884929.X<<<<公開了一種改性橡膠用碳酸鈣及其製備方法；本發明包括按重量百分比計算的：碳酸鈣90％～98％和超級載體2％～10％；先對碳酸鈣進行表面處理，再通過擠出機擠出切粒製得改性橡膠用碳酸鈣。
中國專利CN201410507926.X公開了一種抗老化效果增強的改性碳酸鈣，其特徵在於，由下列重量份的原料製備製成：碳酸鈣90-95、防老劑NBC1-2、丁腈橡膠6-8、PVC廢料粉5-6、煅燒黃土粉2-3、2,6-二叔丁基對甲酚1-2、偏苯三酸三己酯2-3、二硫化四甲基秋蘭姆1-2、桐油1-1.5、植物蠟1-2、改性二氧化鈦3-4；該發明添加了2,6-二叔丁基對甲酚等抗老劑以及多種高分子聚合物進行包覆，改性的碳酸鈣強度大，結合力良好。
中國專利CN201410507860.4公開了一種具有阻燃效果的改性碳酸鈣，其特徵在於，由下列重量份的原料製備製成：碳酸鈣90-95、電石渣粉3-5、蛭石粉3-4、三氧化二銻2-4、石棉纖維1-2、硼酸鋅2-3、粉碎堅果殼2-4、丙烯酸異辛酯6-8、乙醯檸檬酸酯5-7、EVA蠟3-5、四溴雙酚a1-2、改性二氧化鈦3-4；該填料用於生產塗料、顏料、橡膠等助劑。
以上是幾項關於納米碳酸鈣製備方法的專利，存在著改性效果具有局限性、產品白度較差、抗氧化抗紫外線性能較差的缺點。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的種種不足，提供一種高亮白抗紫外抗老化功能性填料納米碳酸鈣及其製備方法和用途。
為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案如下。
高亮白抗紫外抗老化功能性填料納米碳酸鈣，在製備工藝中通過對反應體系濃度、終止pH值、反應溫度、分散劑的配方及包覆劑的選擇各項指標進行精準控制，得到粒徑為80nm-200nm、白度達到92以上、氧化鋅包覆量達到4%、無團聚現象、具有抗紫外抗老化的高性能多用途納米碳酸鈣。
上述高亮白抗紫外抗老化功能性填料納米碳酸鈣的製備方法，包括如下步驟：
A、首先製備氫氧化鈣漿料並向其中加入分散劑，控制反應溫度為40℃-60℃，然後通入二氧化碳進行反應，至反應體系pH值降至6.3-6.8時終止反應，得到納米碳酸鈣漿料；
B、在步驟A所得納米碳酸鈣漿料中加入鋅酸鈉，控制反應溫度為55℃-65℃，持續攪拌30min-50min，形成氫氧化鋅-碳酸鈣初級複合材料漿料；
C、步驟B所得漿料經脫水、乾燥，得到初級複合材料的粉料，再經升溫處理，使初級複合材料的粉料表面充分失水，得到氧化鋅-碳酸鈣複合材料，即功能性填料納米碳酸鈣。
作為上述製備方法的一種優選技術方案，步驟A中，所述分散劑採用葡萄酸鈉、硬脂酸鈉、月桂酸鈉、六偏磷酸鈉中一種或幾種組合；所述分散劑的總用量為納米碳酸鈣重量的1%-3%。
作為上述製備方法的一種優選技術方案，步驟B中，在加入鋅酸鈉之前先將所述納米碳酸鈣漿料的重量百分比濃度調整為8%-18%。
作為上述製備方法的一種優選技術方案，步驟B中，所述鋅酸鈉加入量為納米碳酸鈣重量的1%-10%。
作為上述製備方法的一種優選技術方案，步驟B中，在攪拌處理中控制攪拌速度為400r/min-800r/min。
作為上述製備方法的一種優選技術方案，步驟C中，所述升溫處理控制最終溫度為115℃-150℃，維持1-2h。
作為上述製備方法的一種優選技術方案，步驟C中，在所述終產品中氧化鋅的包覆量為納米碳酸鈣重量的2-4%。
作為上述製備方法的一種優選技術方案，該方法包括如下步驟：
A、首先製備氫氧化鈣漿料並向其中加入分散劑，控制反應溫度為50℃，然後通入二氧化碳進行反應，至反應體系pH值降至6.5時終止反應，得到納米碳酸鈣漿料；其中，所述分散劑採用六偏磷酸鈉，分散劑的總用量為納米碳酸鈣重量的2%；
B、在步驟A所得納米碳酸鈣漿料中加入鋅酸鈉，控制反應溫度為60℃，持續攪拌40min，形成氫氧化鋅-碳酸鈣初級複合材料漿料；其中，在加入鋅酸鈉之前先將所述納米碳酸鈣漿料的重量百分比濃度調整為15%，鋅酸鈉加入量為納米碳酸鈣重量的6%；並且，在攪拌處理中控制攪拌速度為600r/min；
C、步驟B所得漿料經脫水、乾燥，得到初級複合材料的粉料，升溫至130℃，維持1.5h，使初級複合材料的粉料表面充分失水，得到氧化鋅-碳酸鈣複合材料，氧化鋅的包覆量為納米碳酸鈣重量的4%，即得功能性填料納米碳酸鈣。
上述高亮白抗紫外抗老化功能性填料納米碳酸鈣的用途，在橡膠、矽膠、塑料、造紙領域作為填料增加產品的抗氧化抗紫外線性能及亮潔度。
採用上述技術方案所產生的有益效果在於：
本發明在製備工藝中通過對反應體系濃度、終止pH值、反應溫度、分散劑的配方及包覆劑的選擇各項指標進行精準控制，得到粒徑為80nm-200nm、白度達到92以上、氧化鋅包覆量達到4%、無團聚現象、具有抗紫外抗老化的高性能多用途納米碳酸鈣。可見，本發明的突出優點是具有良好的抗紫外線、抗氧化性能以及較高的白度，能夠克服目前已有納米碳酸鈣填料產品白度較低、抗紫外線差、抗氧化性能較差、適應範圍較窄的缺點。本發明製備的產品能夠應用於橡膠、矽膠、聚丙烯等材料中，可顯著提高該材料的抗氧化抗紫外線性能及產品的白度。
具體實施方式
以下實施例詳細說明了本發明。本發明所使用的各種原料及各項設備均為常規市售產品，均能夠通過市場購買直接獲得。
實施例1
（1）納米碳酸鈣漿料的製備
向氫氧化鈣漿料中加入六偏磷酸鈉，控制pH值6.5，以600r/min的速度攪拌，通入二氧化碳得到重量百分比濃度為15%納米碳酸鈣漿料；
（2）初級複合材料的製備
碳化完成後，在50L反應釜內加入30kg納米碳酸鈣漿料，再加入180g鋅酸鈉，以600r/min的速度攪拌，鋅酸鈉水解生成氫氧化鋅。氫氧化鋅包覆在碳酸鈣表面，形成氫氧化鋅-碳酸鈣初級複合材料漿料；
（3）複合材料的表面處理
漿料經脫水、乾燥，得到初級複合材料的粉料。再經130℃升溫處理，並維持130℃1.5h，使表面失水，得到氧化鋅-碳酸鈣複合材料，即功能性填料納米碳酸鈣，該填料納米碳酸鈣表面的氧化鋅包覆量為納米碳酸鈣重量的4%。
實施例2
（1）納米碳酸鈣漿料的製備
向氫氧化鈣漿料中加入六偏磷酸鈉，控制pH值6.5，以400r/min的速度攪拌，通入二氧化碳得到重量百分比濃度為16%納米碳酸鈣漿料；
（2）初級複合材料的製備
碳化完成後，在50L反應釜內加入30kg納米碳酸鈣漿料，再加入180g鋅酸鈉，以400r/min的速度攪拌，鋅酸鈉水解生成氫氧化鋅。氫氧化鋅包覆在碳酸鈣表面，形成氫氧化鋅-碳酸鈣初級複合材料漿料；
（3）複合材料的表面處理
漿料經脫水、乾燥，得到初級複合材料的粉料。再經130℃升溫處理，並維持130℃1.5h，使表面失水，得到氧化鋅-碳酸鈣複合材料，即功能性填料納米碳酸鈣，該填料納米碳酸鈣表面的氧化鋅包覆量為納米碳酸鈣重量的3.6%。
實施例3
（1）納米碳酸鈣漿料的製備
向氫氧化鈣漿料中加入六偏磷酸鈉，控制pH值6.3，以600r/min的速度攪拌，通入二氧化碳得到重量百分比濃度為12%納米碳酸鈣漿料；
（2）初級複合材料的製備
碳化完成後，在50L反應釜內加入30kg納米碳酸鈣漿料，再加入180g鋅酸鈉，以600r/min的速度攪拌，鋅酸鈉水解生成氫氧化鋅。氫氧化鋅包覆在碳酸鈣表面，形成氫氧化鋅-碳酸鈣初級複合材料漿料；
（3）複合材料的表面處理
漿料經脫水、乾燥，得到初級複合材料的粉料。再經130℃升溫處理，並維持130℃1.5h，使表面失水，得到氧化鋅-碳酸鈣複合材料，即功能性填料納米碳酸鈣，該填料納米碳酸鈣表面的氧化鋅包覆量為納米碳酸鈣重量的3.3%。
實施例4
（1）納米碳酸鈣漿料的製備
向氫氧化鈣漿料中加入六偏磷酸鈉，控制pH值6.3，以600r/min的速度攪拌，通入二氧化碳得到重量百分比濃度為15%納米碳酸鈣漿料；
（2）初級複合材料的製備
碳化完成後，在50L反應釜內加入30kg納米碳酸鈣漿料，再加入150g鋅酸鈉，以600r/min的速度攪拌，鋅酸鈉水解生成氫氧化鋅。氫氧化鋅包覆在碳酸鈣表面，形成氫氧化鋅-碳酸鈣初級複合材料漿料；
（3）複合材料的表面處理
漿料經脫水、乾燥，得到初級複合材料的粉料。再經130℃升溫處理，並維持130℃1.5h，使表面失水，得到氧化鋅-碳酸鈣複合材料，即功能性填料納米碳酸鈣，該填料納米碳酸鈣表面的氧化鋅包覆量為納米碳酸鈣重量的3.1%。
實施例5
（1）納米碳酸鈣漿料的製備
向氫氧化鈣漿料中加入六偏磷酸鈉，控制pH值6.3，以600r/min的速度攪拌，通入二氧化碳得到重量百分比濃度為15%納米碳酸鈣漿料；
（2）初級複合材料的製備
碳化完成後，在50L反應釜內加入30kg納米碳酸鈣漿料，再加入180g鋅酸鈉，以600r/min的速度攪拌，鋅酸鈉水解生成氫氧化鋅。氫氧化鋅包覆在碳酸鈣表面，形成氫氧化鋅-碳酸鈣初級複合材料漿料；
（3）複合材料的表面處理
漿料經脫水、乾燥，得到初級複合材料的粉料。再經150℃升溫處理，並維持150℃1.5h，使表面失水，得到氧化鋅-碳酸鈣複合材料，即功能性填料納米碳酸鈣，該填料納米碳酸鈣表面的氧化鋅包覆量為納米碳酸鈣重量的2.0%。
實施例6
（1）納米碳酸鈣漿料的製備
向氫氧化鈣漿料中加入六偏磷酸鈉，控制pH值6.3，以600r/min的速度攪拌，通入二氧化碳得到重量百分比濃度為15%納米碳酸鈣漿料；
（2）初級複合材料的製備
碳化完成後，在50L反應釜內加入30kg納米碳酸鈣漿料，再加入180g鋅酸鈉，以600r/min的速度攪拌，鋅酸鈉水解生成氫氧化鋅。氫氧化鋅包覆在碳酸鈣表面，形成氫氧化鋅-碳酸鈣初級複合材料漿料；
（3）複合材料的表面處理
漿料經脫水、乾燥，得到初級複合材料的粉料。再經130℃升溫處理，並維持150℃2h，使表面失水，得到氧化鋅-碳酸鈣複合材料，即功能性填料納米碳酸鈣，該填料納米碳酸鈣表面的氧化鋅包覆量為納米碳酸鈣重量的3.6%。
以上給出了實施本發明的數個具體實例。本發明在納米碳酸鈣生產過程中，碳化完成後，在碳酸鈣漿料中加入鋅酸鈉，控制納米碳酸鈣漿料pH值，繼續通入二氧化碳，鋅酸鈉水解生成氫氧化鋅，氫氧化鋅包覆在碳酸鈣表面，形成初級複合材料（氫氧化鋅--碳酸鈣）的漿料；漿料經脫水、乾燥，得到初級複合材料的粉料；初級複合材料粉料再經升溫處理，使表面失水，得到氧化鋅--碳酸鈣複合材料，即功能性填料納米碳酸鈣；本發明得到的氧化鋅-碳酸鈣複合材料，納米碳酸鈣表面包覆氧化鋅，通過鈣離子參與反應，使得其具有良好的抗紫外線性能和抗氧化性能。
上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一限制條件。